JP6319939B2 - Threshold control method and apparatus for detecting biological signal peak, computer-readable recording medium, and biological signal detection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、被検者の生体信号を検出する方法及び装置に係り、特に生体信号のピークを検出する閾値制御方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for detecting a biological signal of a subject, and more particularly to a threshold control method and apparatus for detecting a peak of a biological signal.
患者を診断するための多様な生体信号測定及び分析方法が使用又は開発されている。最近、被検者の生体信号を測定し、健康管理及び慢性疾患管理を日常生活でもリアルタイムで伝達する医療サービスへの興味が増大するにつれて、さらに正確な生体信号の測定及び分析方法の重要性が注目されている。 Various biosignal measurement and analysis methods have been used or developed for diagnosing patients. Recently, as the interest in medical services that measure biological signals of subjects and convey health management and chronic disease management in real time in daily life has increased, the importance of more accurate biological signal measurement and analysis methods has increased. Attention has been paid.
このような生体信号の中でも特に心電図（ＥＣＧ、ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）は、心臓筋肉の収縮時に生じる活動電位を、身体の表面に電極を取り付けて測定するものであり、心臓の機能を検査して各種疾病を診断するために心電図を測定して分析する方法が普段用いられている。 Among such biological signals, an electrocardiogram (ECG) is an action potential that is measured when the heart muscle contracts by attaching an electrode to the surface of the body. A method of measuring and analyzing an electrocardiogram is usually used for diagnosis.
心電図信号を分析して心拍数を計算するか、又は不整脈の発生を診断するのに最も基本的に行わねばならないことは、心臓が１回収縮する時に生じるＰ−Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔの単一波形を検出することである。単一波形を検出すれば、波形間の間隔を計算して心拍数が計算でき、単一波形を抽出してその形態によって不整脈を診断する。単一波形を検出するためには、Ｐ−Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔの単一波形内で最も大きいＲ波形を検出する方法が主に用いられる。 The most basic thing to do to analyze the ECG signal and calculate the heart rate or to diagnose the occurrence of arrhythmia is the PQR-S-T that occurs when the heart contracts once It is to detect a single waveform. If a single waveform is detected, the heart rate can be calculated by calculating the interval between the waveforms, and the arrhythmia is diagnosed by extracting the single waveform. In order to detect a single waveform, a method of detecting the largest R waveform in the single waveform of PQRST is mainly used.
生体信号の一例である心電図信号からピークを検出して心電図信号の異常有無を検出する技術の一例が、特許文献１に開示されている。
An example of a technique for detecting a peak from an electrocardiogram signal, which is an example of a biological signal, and detecting the presence or absence of an abnormality in the electrocardiogram signal is disclosed in
本発明の課題は、生体信号のピークを検出する可変閾値の制御に際して、ピークの間隔が不規則的な場合やピーク値の差が大きい場合にも正確にピークを検出できる方法及び装置を提供することである。また、前記方法をコンピュータで行わせるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することである。本実施形態が解決しようとする技術的課題は、前記の技術的課題に限定されず、以下の実施形態からさらに他の技術的課題が類推されよう。 An object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of accurately detecting a peak even when the interval between peaks is irregular or when the difference between peak values is large when controlling a variable threshold for detecting a peak of a biological signal. That is. Another object of the present invention is to provide a computer-readable recording medium that records a program for causing the computer to perform the method. The technical problem to be solved by the present embodiment is not limited to the technical problem described above, and other technical problems will be inferred from the following embodiments.
本発明の一側面による閾値制御方法は、被検者から測定された生体信号を獲得する段階と、前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって前記生体信号のピークが検出されたかどうかを定める段階と、前記決定結果によって、前記閾値又は前記検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと、生体信号のピークを検出する閾値の既定の最小値とを考慮して前記閾値を制御する段階と、を含む。 A threshold control method according to an aspect of the present invention determines a step of acquiring a biological signal measured from a subject and whether a peak of the biological signal is detected based on a comparison result between the acquired biological signal and the threshold. And controlling the threshold value in consideration of one of the threshold value and the detected peak feature value and a predetermined minimum value of the threshold value for detecting the peak of the biological signal according to the determination result. And including.
本発明の他側面によって前記閾値制御方法をコンピュータで行わせるためのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium that records a program for causing the computer to perform the threshold control method.
本発明の他の側面による閾値制御装置は、被検者から測定された生体信号を獲得する信号獲得部と、前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって、前記生体信号のピークが検出されたかどうかを定める決定部と、前記決定結果によって、前記閾値又は前記検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと、生体信号のピークを検出する閾値の既定の最小値とを考慮して、前記閾値を制御する制御部と、を備える。 A threshold control apparatus according to another aspect of the present invention detects a peak of the biological signal based on a signal acquisition unit that acquires a biological signal measured from a subject and a comparison result between the acquired biological signal and the threshold. In consideration of the determination unit that determines whether or not, and depending on the determination result, any one of the threshold value or the characteristic value of the detected peak, and a predetermined minimum value of the threshold value for detecting the peak of the biological signal, And a control unit for controlling the threshold value.
本発明の他の側面による生体信号検出装置は、被検者から生体信号を測定する電極と、前記測定された生体信号を所定の処理方法によって処理する処理部と、前記処理された生体信号と閾値との比較結果によって、前記生体信号のピークが検出されたかどうかを定める決定部と、前記決定結果によって、前記閾値又は前記検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと、生体信号のピークを検出する閾値の既定の最小値との差を考慮して閾値を制御する閾値制御部と、を備える。 According to another aspect of the present invention, there is provided a biological signal detection apparatus, an electrode for measuring a biological signal from a subject, a processing unit for processing the measured biological signal by a predetermined processing method, and the processed biological signal. A determination unit that determines whether or not a peak of the biological signal is detected based on a comparison result with a threshold; a threshold value or a feature value of the detected peak according to the determination result; and a peak of the biological signal And a threshold control unit that controls the threshold in consideration of a difference from a predetermined minimum value of the threshold for detecting.
生体信号のピークを検出する可変閾値の制御に際して、本発明によれば、既定の最小閾値を活用して可変閾値を制御し、さらに可変閾値の変化量を活用して可変閾値を制御するので、ピークの間隔が不規則的な場合やピーク値の差が大きい場合にも正確にピークを検出する。 When controlling the variable threshold for detecting the peak of the biological signal, according to the present invention, the variable threshold is controlled using the predetermined minimum threshold, and the variable threshold is controlled using the change amount of the variable threshold. Even when the interval between peaks is irregular or when the difference in peak values is large, peaks are detected accurately.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による生体信号検出装置１００を示すものである。図１を参照すれば、図１に示した実施形態による生体信号検出装置１００は、測定部１１０、処理部１２０、閾値制御装置１３０で構成される。そして、閾値制御装置１３０は、決定部１３１、制御部１３２で構成される。図１に示した生体信号検出装置１００は、本発明の一実施形態に過ぎず、図１に示した構成要素に基づいていろいろな変形が可能であることを、当業者ならば理解できるであろう。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a biological
図１の生体信号検出装置１００は、被検者の生体信号を測定し、測定された信号を分析して必要な情報を検出する。
生体信号は、身体の筋肉細胞や神経細胞で発生する電位又は電流形態の信号になる。以下では、説明の便宜のために、生体信号検出装置１００を用いて検出される生体信号は電位の形態で示されると仮定して説明する。しかし、以下の説明に基づいて多様な種類の生体信号について多様な実施形態が適用できることを、当業者ならば理解できるであろう。
The biological
The biological signal is a signal in the form of a potential or current generated in the muscle cells and nerve cells of the body. In the following description, for convenience of explanation, it is assumed that a biological signal detected using the biological
また、以下では本発明の実施形態を説明するに際して、生体信号のうち心電図（ＥＣＧ、ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）の例を挙げて説明する。しかし、以下の説明に基づいて多様な種類の生体信号について本発明の多様な実施形態が適用できるということを、当業者ならば理解できるであろう。心電図信号に関しては、後で図３を参照して説明する。 In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to an example of an electrocardiogram (ECG) among biological signals. However, those skilled in the art will understand that various embodiments of the present invention can be applied to various types of biological signals based on the following description. The ECG signal will be described later with reference to FIG.
測定部１１０は、被検者の身体に取り付けられて被検者から生体信号を測定する。例を挙げて説明すれば、測定部１１０は、被検者の肌との接触によって被検者の肌と電気的に連結されて被検者の生体信号を測定する。測定部１１０は、例えば、被検者と生体信号を測定する回路との間で電気的信号を送受信できるように被検者と電気的に接触する電極である。かかる一つ以上の電極は、生体信号の正確な検出のために多様な形態で配列されて被検者の肌と接触する。但し、測定部１１０は、被検者の肌との接触によって被検者の肌と電気的に連結されることに限定されず、被検者の肌に近接するなど接触しなくても電気的信号を送受信できることを、当業者ならば理解できるであろう。
The
例えば、測定部１１０は、一定距離離れたところに位置している２つの電極それぞれから検出された電位値の差、即ち、電圧を用いて生体信号を測定する。さらに測定部１１０は、被検者の肌から一定距離離れたところに取り付けられた２つの電極から獲得された電位値を、差動増幅器を用いて差動増幅して生体信号に該当する電圧値の波形を獲得することで生体信号を測定する。この時、獲得された生体信号の電圧値の波形はノイズを含む。
For example, the
この時、細胞で発生する信号に該当する生体信号は、非常に微細なサイズの電気信号であって、ノイズの影響を大きく受ける。例えば、測定部１１０の電極を用いて生体信号を測定する時、電極への接触など外部の要因によって不要なノイズが含まれる。このようなノイズは生体信号の正確性を落とし、検出及び分析を困難にする。
At this time, the biological signal corresponding to the signal generated in the cell is an electric signal having a very fine size and is greatly affected by noise. For example, when a biological signal is measured using the electrode of the
これによって図１の処理部１２０は、測定部１１０によって測定された生体信号を所定の加工方法によって処理して決定部１３１に伝送する。例を挙げて説明すれば、処理部１２０は、測定部１１０によって測定された心電図信号に帯域通過フィルタを適用し、帯域通過された心電図信号に微分器を適用し、低域通過フィルタを適用して心電図信号を前処理することで生体信号の特徴を示す特徴値を獲得する。低域通過フィルタは、一実施形態によれば、絶対値移動平均フィルタである。
Accordingly, the
特徴値は、処理部１２０によって生体信号の特徴を抽出するための処理方法を経て加工された生体信号の特徴を示す値である。以下では、特徴値を獲得するために所定の加工方法によって生体信号を加工する例を説明する。
The feature value is a value indicating the feature of the biological signal processed by the
処理部１２０が心電図信号に帯域通過フィルタを適用する場合の例を挙げて説明すると、心電図信号には、心電図信号のベースライン電圧である等電位線の変動に伴い信号全体が動くというベースライン変動（ｗａｎｄｅｒｉｎｇ）などの低周波ノイズ、及び筋電図電圧などの高周波ノイズが存在する。その際、処理部１２０は、これらの低周波及び高周波ノイズを除去するために心電図信号に帯域通過フィルタを適用し、検出しようとする信号の周波数帯域のみを通過させる。
An example in which the
処理部１２０が帯域通過フィルタリングされた心電図信号に微分器を適用する場合の例を挙げて説明すると、心電図信号の単一波形は、Ｒ波形の近くで勾配が急激に変わる。従って、Ｒ波形の近くで心電図信号の微分値も急激に変わり、生体信号検出装置１００は、微分された心電図信号からＲ波形を検出する。Ｒ波形についても、図３でさらに詳細に説明する。
In the case where the
処理部１２０が微分された心電図信号に低域通過フィルタ（例えば、絶対値移動平均フィルタ）を適用する場合の例を挙げて説明すれば、心電図信号は、生体信号を獲得する過程で外部から入力される不要なノイズを含む。このようなノイズの影響を低減させるために、処理部１２０は心電図信号に低域通過フィルタを適用する。低域通過フィルタの一例として絶対値移動平均フィルタが使われ、絶対値移動平均フィルタは、信号波形を取り囲むように描かれたエンベロープ（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を求めるための一種の低域通過フィルタであり、ノイズによる急激な変動などを防止するために、直近の信号を基準として前もって受けた一定数の信号の絶対値を平均した値を出力する。
An example of applying a low-pass filter (for example, an absolute value moving average filter) to the differentiated electrocardiogram signal by the
処理部１２０は、前記のような処理方法以外にも多様な処理方法によって生体信号を加工できるということを、当業者ならば理解できるであろう。
Those skilled in the art will understand that the
図１の閾値制御装置１３０は、信号獲得部１３３、決定部１３１及び制御部１３２で構成される。信号獲得部１３３は、被検者から測定された生体信号又は処理部１２０によって処理された生体信号を獲得し、決定部１３１は、獲得した生体信号と閾値との比較結果によって生体信号のピークが検出されたかどうかを定め、制御部１３２は、決定部１３１の決定結果によって、閾値又は検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと、生体信号のピークを検出する閾値の既定の（ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ、予め設定してある）最小値とを考慮して閾値を制御する。
The
図１の決定部１３１は、信号獲得部１３３によって獲得された被検者から測定された心電図信号の特徴値が閾値を超過する場合、Ｒ波形が検出されたと決定する。
The determination unit 131 in FIG. 1 determines that the R waveform has been detected when the feature value of the electrocardiogram signal measured from the subject acquired by the
図１の制御部１３２は、可変閾値を制御する。この時、可変閾値とは、一定の定数の値ではなく、決定部１３１の決定結果によって第１閾値が第２閾値に更新されるようにその値が変わる閾値をいう。制御部１３２は、決定部１３１の決定によって、即ち、Ｒ波形が検出されたかどうかによって可変閾値を制御する。以下では、図２を参照して、本発明の一実施形態によって閾値制御装置１３０が可変閾値を制御する方法についてさらに詳細に説明する。
The
第１閾値とは、現在閾値であり、第２閾値とは、制御部２３０によってピークが検出されたかどうかによって更新された閾値をいう。但し、第１閾値も、以前の閾値から制御部２３０によって更新された閾値でありうる。
The first threshold is a current threshold, and the second threshold is a threshold updated depending on whether a peak is detected by the
図２は、図１に示した生体信号検出装置１００における閾値制御装置１３０の他の実施形態を示す構成図である。
図２を参照すれば、図１に示した閾値制御装置１３０は、信号獲得部２１０、決定部２２０、制御部２３０で構成され、制御部２３０は、選択部２３１、比例制御部２３２、微分制御部２３３で構成される。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating another embodiment of the
Referring to FIG. 2, the
信号獲得部２１０は、被検者から測定された生体信号又は処理部１２０によって処理された生体信号を獲得する。
The
決定部２２０は、信号獲得部２１０から獲得した生体信号と閾値との比較結果によって生体信号のピークが検出されたかどうかを定める。心電図信号を検出する例を挙げて説明すれば、決定部２２０は、信号獲得部２１０が獲得した心電図信号と閾値とを比較し、比較結果によって心電図信号の値が閾値を超過する場合、Ｒ波形のピークの特徴値が検出されたと認識（決定）する。
The
制御部２３０は、決定部２２０の決定結果によって閾値又は検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと、生体信号のピークを検出する閾値に関する既定の最小値とを考慮して閾値を更新することで閾値を制御する。制御部は、選択部２３１、比例制御部２３２、及び微分制御部２３３で構成される。
The
選択部２３１は、決定部２２０の決定によって閾値又は検出されたピークの特徴値のうち何れか一つを選択する。例えば、選択部２３１は、決定部２２０の決定によって生体信号のピークが検出されたと定められる場合に検出されたピークの特徴値を選択し、ピークが検出されていないと定められる場合に閾値を選択する。
The
比例制御部２３２は、選択部２３１によって選択された値を一定割合で低減させる。本実施形態による比例制御部２３２は、所定の加重値及び最小閾値を用いて可変閾値の低減程度を調節し、これによって可変閾値がいつも最小閾値より大きい値を持つように調節する。
The
この時、加重値は、選択値を低減させる割合を示す値であり、０以上の有理数になる。また、最小閾値は、可変閾値の可変につれて低減しても所定の値以下に低減しないように設定される下限値であり、０より大きい有理数になる。 At this time, the weight value is a value indicating the ratio of reducing the selection value, and is a rational number of 0 or more. The minimum threshold value is a lower limit value set so as not to decrease below a predetermined value even if it is reduced as the variable threshold value is varied, and is a rational number greater than zero.
例えば、比例制御部２３２は、決定部２２０の決定によって生体信号のピークが検出されたと定められる場合、生体信号のピークの特徴値から、生体信号のピークの特徴値と最小閾値との差に所定の加重値を適用した値を引いて、閾値を設定することで、閾値を制御する。
For example, when it is determined that the peak of the biological signal is detected by the determination of the
又は、比例制御部２３２は、決定部２２０の決定によって生体信号のピークが検出されていないと定められる場合、閾値から、閾値と最小閾値との差に所定の加重値を適用した値を引いて、閾値を制御する。
Alternatively, when it is determined that the peak of the biological signal is not detected by the determination of the
これによって、比例制御部２３２は、下記の数式１に示す演算を行って選択部２３１によって選択された値を一定割合で低減させる。
［数式１］
ＴＨ（ｔ）＝ＴＨ（ｔ−１）− ａ×（ＴＨ（ｔ−１）−ＴＨｍｉｎ）
As a result, the
[Formula 1]
TH (t) = TH (t−1) −a × (TH (t−1) −TH min )
数式１で、ＴＨ（ｔ）は、選択部２３１によって選択された値ＴＨ（ｔ−１）が比例制御部２３２によって一定割合だけ低減することで更新されて得られる第２閾値、ＴＨ（ｔ−１）は、選択部２３１によって第１閾値と生体信号の特徴値のうちから選択された何れか一つの選択値、ａは、可変閾値ＴＨ（ｔ）の低減に用いられる第１加重値、ＴＨｍｉｎは、既定の最小閾値になる。
（即ち、ＴＨ（ｔ−１）は、「第１閾値」の場合と「生体信号の特徴値」の場合の何れか、であって、第１閾値とは限られない点に留意されたい）
In
(That is, it should be noted that TH (t−1) is either the case of “first threshold value” or the case of “characteristic value of biological signal” and is not limited to the first threshold value.)
本実施形態による第１加重値ａは０以上の有理数になり、使用環境によって閾値制御装置１３０のユーザによって適宜に調節される。例えば、第１加重値ａは、検出しようとする生体信号の種類又は単一波形の長さなどによって、閾値制御装置１３０のユーザによって適宜に調節される。
The first weight value a according to the present embodiment is a rational number of 0 or more, and is appropriately adjusted by the user of the
例を挙げて説明すれば、比例制御部２３２は、第１加重値ａを増加することで可変閾値の低減速度を速くできる。又は比例制御部２３２は、第１加重値ａを減少することで可変閾値の低減速度を遅くできる。
For example, the
また、本実施形態による最小閾値ＴＨｍｉｎは、閾値制御装置１３０のユーザによって適正値に設定されるが、０より大きい有理数に予め設定するか、又は使用環境によって適宜に調節される。
In addition, the minimum threshold TH min according to the present embodiment is set to an appropriate value by the user of the
例えば、最小閾値は、獲得した生体信号から検出しようとするピークの特徴値などを考慮して既定される。獲得した生体信号において、ピークの特徴値が所定の下限値より高い値を持ち、不要なノイズが所定の上限線より低い値を持つ場合、このような特徴値の下限値及びノイズの上限線を予め獲得し、獲得した特徴値の下限値及びノイズの上限線を分析した結果によってその間の値に最小閾値を設定する。このように設定される最小閾値は、可変閾値の下限値になる。 For example, the minimum threshold is determined in consideration of a feature value of a peak to be detected from the acquired biological signal. In the acquired biomedical signal, when the peak feature value has a value higher than the predetermined lower limit value and the unnecessary noise has a value lower than the predetermined upper limit line, such a lower limit value of the feature value and an upper limit line of the noise are indicated. A minimum threshold value is set to a value obtained in advance by analyzing the lower limit value of the acquired feature value and the upper limit line of the noise. The minimum threshold value set in this way is the lower limit value of the variable threshold value.
前述したように決定部２２０は、生体信号の特徴値が閾値を超過する時にピークが検出されたと認識する。従って、最小閾値の設定につれて、決定部は、生体信号の特徴値がピークの形態を持つとしても、最小閾値より小さな場合にピーク（の特徴値）と認識しない。これによって、閾値制御装置１３０のユーザは、この最小閾値を適宜に調節し、信号獲得部２１０から伝送された生体信号の特徴値のうち無視可能なノイズと見なすことができるサイズの信号を無視する。
As described above, the
又は、最小閾値は、被検者の生体信号を測定するセンサーから測定可能な範囲を考慮して設定される。例えば、下記の数式２に示す演算を行って最小値を設定する。
［数式２］
（ＴＨｍｉｎ）＝ ｃ×（Ｓｍａｘ−Ｓｍｉｎ）
Alternatively, the minimum threshold value is set in consideration of a measurable range from a sensor that measures a subject's biological signal. For example, the minimum value is set by performing the calculation shown in
[Formula 2]
(TH min ) = c × (S max −S min )
数式２で、ＴＨｍｉｎは、最小閾値を意味し、Ｓｍａｘは、センサーにより測定可能な最大値、Ｓｍｉｎは、センサーにより測定可能な最小値、ｃは、定数になる。即ち、数式２によってセンサーにより測定可能な値の範囲のうち、所定割合ほどの値はピークと認識しないように最小閾値を設定する。
In
例えば、センサーによる測定可能な信号の最大値が１００であり、最小値が−１００であれば、定数ｃを０．１と設定すれば、最小閾値は２０になる。このような最小閾値の設定によって、可変閾値は常に２０より大きい範囲内で可変し、従って、２０より小さな値を持つ生体信号をピークと検出せずに無視する。 For example, if the maximum value of the signal measurable by the sensor is 100 and the minimum value is −100, the minimum threshold is 20 if the constant c is set to 0.1. By such setting of the minimum threshold, the variable threshold is always varied within a range larger than 20, and thus a biological signal having a value smaller than 20 is ignored without being detected as a peak.
又は、最小値は、前述したように定数として既定されるだけではなく、リアルタイムで検出されるピーク値のサイズ、生体信号のうちピーク値と検出されない信号のサイズ、リアルタイムで検出されるピーク値の特徴値サイズ、生体信号のうちピーク値と検出されない信号の特徴値サイズを考慮して、リアルタイムで変わるように設定される。例えば、下記の数式３に示す演算を行ってリアルタイムで変わる最小値を設定する。
［数式３］
ＴＨｍｉｎ＝ ｄ×Ｖ（ｔ）
Alternatively, the minimum value is not only defined as a constant as described above, but also the size of the peak value detected in real time, the size of the peak value of the biological signal and the signal not detected, and the peak value detected in real time. The feature value size is set so as to change in real time in consideration of the peak value of the biological signal and the feature value size of the signal that is not detected. For example, the minimum value that changes in real time is set by performing the calculation shown in Equation 3 below.
[Formula 3]
TH min = d × V (t)
数式３で、ＴＨｍｉｎは、最小閾値を意味し、ｄは、定数である。Ｖ（ｔ）は、生体信号の値であり、状況の必要に応じて直前に検出されたピーク値であるか、又は、直近に検出された複数のピーク値の平均値である。この場合、最小閾値より大きいピーク値を検出するように、ｄ値を０より大きい有理数と適宜に設定せねばならない。 In Equation 3, TH min means a minimum threshold value, and d is a constant. V (t) is a value of a biological signal, which is a peak value detected immediately before the situation, or an average value of a plurality of peak values detected most recently. In this case, the d value must be set appropriately as a rational number greater than 0 so as to detect a peak value greater than the minimum threshold.
又は、Ｖ（ｔ）は、生体信号の値であり、状況の必要に応じて直前にピークと検出されていない生体信号値であるか、又は、直近にピークと検出されていない複数の生体信号値の平均値である。この場合、最小閾値より大きいピーク値を検出するように、ｄ値を０より大きい有理数と適宜に設定せねばならない。 Alternatively, V (t) is a value of a biological signal, and is a biological signal value that has not been detected as a peak immediately before the situation, or a plurality of biological signals that have not been detected as a peak most recently. The average value. In this case, the d value must be set appropriately as a rational number greater than 0 so as to detect a peak value greater than the minimum threshold.
又は、Ｖ（ｔ）は、生体信号の特徴値であり、状況の必要に応じて直前に検出された特徴値であるか、又は、直近に検出された複数のピークに当たる特徴値の平均値である。この場合、定数ｄが１より小さな値を持つように設定することで最小閾値より大きいピーク値を検出する。 Or, V (t) is a feature value of a biological signal, which is a feature value detected immediately before the situation, or an average value of feature values corresponding to a plurality of peaks detected most recently. is there. In this case, the peak value larger than the minimum threshold is detected by setting the constant d to be smaller than 1.
又は、Ｖ（ｔ）は、生体信号の特徴値であり、状況の必要に応じて直前にピークと検出されていない特徴値であるか、又は、直近にピークと検出されていない複数の特徴値の平均値である。この場合、定数ｄが１より大きい値を持つように設定することで最小閾値より大きいピーク値を検出する。但し、前述した方法は、最小閾値を設定する一例であって、それ以外にも必要に応じて他の方法でリアルタイムで変わる最小値を設定できることを、当業者ならば理解できるであろう。このように比例制御部の制御によって閾値が低減する例について、以下で図５を参照して説明する。 Alternatively, V (t) is a feature value of the biological signal, and is a feature value that has not been detected as a peak immediately before the situation, or a plurality of feature values that have not been detected as a peak most recently. Is the average value. In this case, the peak value larger than the minimum threshold is detected by setting the constant d to have a value larger than 1. However, those skilled in the art will understand that the above-described method is an example of setting the minimum threshold value, and that other minimum values that change in real time can be set as needed. An example in which the threshold value is reduced by the control of the proportional control unit will be described below with reference to FIG.
微分制御部２３３は、比例制御部２３２によって低減した閾値をさらに低減させる。本実施形態による微分制御部２３３は、選択部２３１によって選択された第１閾値と生体信号の特徴値のうち何れか一つの値と、旧閾値との差に第２加重値を適用して可変閾値が低減する程度を調節する。この時、旧閾値とは、可変閾値が第１閾値に更新される前の閾値、即ち、第０閾値ＴＨ（ｔ−２）である。
The
例えば、微分制御部２３３は、決定部２２０の決定によって生体信号のピークが検出されたと定められる場合、生体信号のピークの特徴値から、生体信号のピークの特徴値と旧閾値（第０閾値ＴＨ（ｔ−２））との差に所定の加重値を適用した値を引いて閾値を制御する。
For example, when it is determined that the peak of the biological signal is detected by the determination of the
これによって、微分制御部２３３は、下記の数式４に示す演算を行って選択部２３１によって選択された閾値を一定割合で低減させる。
［数式４］
ＴＨ（ｔ）＝ＴＨ（ｔ−１）− ａ×（ＴＨ（ｔ−１）−ＴＨｍｉｎ）− ｂ×（ＴＨ（ｔ−１）−ＴＨ（ｔ−２））
As a result, the
[Formula 4]
TH (t) = TH (t -1) - a × (TH (t-1) -TH min) - b × (TH (t-1) -TH (t-2))
数式４で、ＴＨ（ｔ）は、微分制御部２３３により低減して更新された第２閾値、ＴＨ（ｔ−１）は、選択部２３１によって選択された第１閾値と生体信号の特徴値のうち何れか一つの値、ａは、比例制御部２３２によって可変閾値を低減する程度を示す第１加重値、ＴＨｍｉｎは、既定の最小閾値、ｂは、微分制御部２３３によって可変閾値を低減する程度を示す加重値、ＴＨ（ｔ−２）は旧閾値、即ち、第１閾値に更新される前の閾値である。微分制御部２３３は、可変閾値の変化量に比例して可変閾値を再び低減させることで可変閾値の急激な変化を防止する。
In Equation 4, TH (t) is the second threshold value that is reduced and updated by the
例を挙げて説明すれば、決定部２２０によってピークが検出されたと定められる場合、選択部２３１は、第１閾値と生体信号の特徴値のうち生体信号の特徴値をＴＨ（ｔ−１）として選択し、比例制御部２３２は、生体信号のピークの特徴値から、生体信号のピークの特徴値と最小閾値ＴＨｍｉｎとの差に第１加重値ａを適用した値を引き、微分制御部２３３は、生体信号の特徴値と旧閾値との差に第２加重値ｂを適用した値をさらに引いて第２閾値に更新する。
For example, when it is determined that the peak is detected by the
一方、決定部２２０によってピークが検出されていないと定められる場合、選択部２３１は、第１閾値と生体信号の特徴値のうち第１閾値をＴＨ（ｔ−１）として選択し、比例制御部２３２は、第１閾値から、第１閾値と最小閾値ＴＨｍｉｎとの差に加重値ａを適用した値を引き、微分制御部２３３は、第１閾値と旧閾値との差に加重値ｂを適用した値をさらに引いて第２閾値に更新する。
On the other hand, when it is determined that the peak is not detected by the
この時、ピークが検出されなければ、閾値は徐々に小さな値に更新されるので、何れかの時点で、（ＴＨ（ｔ−１）−ＴＨ（ｔ−２））の値は０より小さな数になり、ｂが０より大きい値である場合、微分制御部２３３は数式４によって閾値を増加させる。
At this time, if no peak is detected, the threshold value is gradually updated to a small value. Therefore, at any point in time, the value of (TH (t−1) −TH (t−2)) is a number smaller than 0. When b is a value larger than 0, the
即ち、微分制御部２３３は、可変閾値の変化量に比例して可変閾値をさらに制御することで可変閾値の急激な変化を防止する一種の低域通過フィルタである。これについて、以下の図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して詳細に説明する。
That is, the
本実施形態による加重値ｂは、有理数であればよく、使用環境によって閾値制御装置１３０のユーザによって適宜に調節される。例えば、加重値ｂは、検出しようとする生体信号の種類又は特徴値の変化パターンなどによって、閾値制御装置１３０のユーザによって適宜に調節される。
The weight value b according to the present embodiment may be a rational number and is appropriately adjusted by the user of the
例を挙げて説明すれば、微分制御部２３３は、加重値ｂ値を増加することで可変閾値が閾値の変化量にさらに大きく影響されるようにする。又は、微分制御部２３３は、加重値ｂ値を減少させることで可変閾値が閾値の変化量にさらに少なく影響されるようにする。これについて、以下の図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して詳細に説明する。
For example, the
前述したように、本実施形態による図２の閾値制御装置１３０は、閾値制御部１３２の可変閾値制御によってピークの間隔又はピークの特徴値が一定していない時にも、ピークを検出するように閾値を制御する。
As described above, the
図３は、生体信号のうち一つの心電図信号の単一波形の例を示すものである。心電図（ＥＣＧ）は、心臓筋肉の収縮時に発生する活動電位を身体表面に電極を貼り付けて測定するものであり、心臓の機能を検査して各種疾病を診断するために心電図を測定して分析する方法が普段に用いられている。 FIG. 3 shows an example of a single waveform of one electrocardiogram signal among biological signals. An electrocardiogram (ECG) measures the action potential generated when the heart muscle contracts by attaching electrodes to the body surface, and measures and analyzes the electrocardiogram in order to examine the function of the heart and diagnose various diseases. This method is usually used.
図３を参照すれば、心電図信号の単一波形には等電位線３０から突出する大小５つのピークが存在し、各ピークは、Ｐ（３１）、Ｑ（３２）、Ｒ（３３）、Ｓ（３４）、Ｔ（３５）波形と称される。心臓が１回収縮する度に一つの単一波形が発生する。本発明の実施形態による生体信号検出装置１００は、心電図信号の単一波形を検出するためにＰ−Ｑ−Ｒ−Ｓ−Ｔの単一波形内で最も大きいＲ波形を検出する。以下、「ピーク」はこのＲ波形を指すものとする。
Referring to FIG. 3, a single waveform of an electrocardiogram signal has five peaks, large and small, protruding from the
単一波形を検出すれば、コンピュータあるいは医療専門家は、波形間の間隔を計算して心拍数を計算し、単一波形を抽出し、その形状によって不整脈を診断する。
可変閾値について、図４を参照して具体的に説明する。図４は、生体信号を検出するための可変閾（しきい）値を制御する例を示すものである。図４を参照すれば、心電図のＲ波形を検出するための可変閾値は、Ｒ波形が検出されれば、その値がＲ波形の特徴値に基づいて更新され、新たなＲ波形が検出されるまで徐々に低減するように制御される。可変閾値を制御する例をグラフで示せば、グラフ４１、４２、４３のような形態で示される。
If a single waveform is detected, the computer or medical professional calculates the interval between the waveforms to calculate the heart rate, extracts the single waveform, and diagnoses the arrhythmia by its shape.
The variable threshold will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example of controlling a variable threshold value for detecting a biological signal. Referring to FIG. 4, when the R waveform is detected, the variable threshold for detecting the R waveform of the electrocardiogram is updated based on the characteristic value of the R waveform, and a new R waveform is detected. It is controlled to gradually decrease until. If the example which controls a variable threshold value is shown with a graph, it will show in the form like
図４を参照すれば、可変閾値がグラフ４１のような形状に制御される場合、Ｒ波形が検出されてからその値が低減する速度が、グラフ４２及びグラフ４３に比べて相対的に遅い。従って、Ｒ波形の間隔が狭い時、可変閾値が十分に小さくなっていない状態で新たなＲ波形が発生されれば、その値が閾値を超過しないので決定部１３１は新たなＲ波形を検出できない。
Referring to FIG. 4, when the variable threshold is controlled to a shape like the
一方、可変閾値がグラフ４３のような形状に制御される場合、Ｒ波形が検出されてからその値が低減する速度がグラフ４１に比べて相対的に速い。従って、Ｒ波形の間隔が狭い場合にも可変閾値が十分に速く低減するので、新たなＲ波形が発生すれば、その値が閾値を超過することで決定部１３１は新たなＲ波形を検出できる。
しかし、可変閾値が過度に速く低減して０の値に収束するにつれて、０の近くに存在する非常に微細なノイズが閾値を超過することで決定部１３１が誤まったＲ波形を検出する。Ｒ波形の間隔が非常に広い場合にも、可変閾値が徐々に０の値に収束するにつれて同じ問題が発生する。
On the other hand, when the variable threshold value is controlled to a shape like the
However, as the variable threshold decreases excessively quickly and converges to a value of 0, the determination unit 131 detects an erroneous R waveform because very fine noise near 0 exceeds the threshold. Even when the interval between the R waveforms is very wide, the same problem occurs as the variable threshold gradually converges to a value of zero.
一方、可変閾値がグラフ４２のような形状に制御される場合、可変閾値は、グラフ４３のような形状に制御される時と同様に、Ｒ波形が検出されてからその値が低減する速度が相対的に速いけれども、既定の特定最小閾値に徐々に収束するにつれて可変閾値が０の値に収束しない。
On the other hand, when the variable threshold value is controlled to a shape like the
図５は、図２に示した比例制御部２３２の制御によって閾値が低減する例を示すものである。ここでは上記［数式１］に従い微分制御部２３３は働かない、即ち、上記［数式４］で第２加重値ｂ＝０とする。図５で、ＴＨ（ｔ−１）は、生体信号の特徴値のうちから選択された何れか一つの選択値、ＴＨ（ｔ）は、比例制御部２３２の制御によって低減することで更新された第２閾値を示す。グラフ５１、５２、５３それぞれの場合に、比例制御部２３２は、選択部２３１によって選択された選択値ＴＨ（ｔ−１）（即ち、第１閾値又は生体信号の特徴値のうち何れか一つの選択値）と最小閾値ＴＨｍｉｎとの差に所定の加重値を適用した値だけを選択値ＴＨ（ｔ−１）から引き、第１閾値を第２閾値ＴＨ（ｔ）に更新する。
決定部２２０によってピークが検出されていないと定められる場合、上述のように、選択部２３１によって選択された選択値ＴＨ（ｔ−１）は、第１閾値である。
FIG. 5 shows an example in which the threshold is reduced by the control of the
When the
比例制御部２３２のこのような演算及び制御によって、可変閾値は最小閾値より常に大きい値を持ち、可変閾値の更新が繰り返されるにつれて可変閾値は徐々に最小閾値に収束する形状を持つ。この時、最小閾値が可変であるということは前述した通りである。
By such calculation and control of the
図６（Ａ）は、Ｒピークが検出された場合、図２に示した微分制御部２３３の制御によって閾値が低減し、低減した第２閾値ＴＨ（ｔ）を得る例を示すものである。図６（Ａ）で、ＴＨｕｐｄａｔｅｄ（ｔ−１）は、Ｒピークが検出された場合に選択部２３１によって選択される生体信号の特徴値、ＴＨｏｌｄ（ｔ−１）は、第１閾値、ＴＨ（ｔ−２）は、第１閾値に更新される前の旧閾値（即ち、第０閾値）、ＴＨ（ｔ）は、比例制御部２３２及び微分制御部２３３の制御によって更新された第２閾値を示す。
FIG. 6A shows an example in which, when an R peak is detected, the threshold value is reduced by the control of the
グラフ６１、６２それぞれは、Ｒピークが検出されて図２の選択部２３１によって選択された生体信号の特徴値６１３、６２３が、図２の比例制御部２３２及び微分制御部２３３の制御によって低減する例を示すものである。微分制御部２３３は、比例制御部２３２によって低減された閾値６１１、６２１をさらに低減して第２閾値６１２、６２２に更新することで閾値を制御する。具体的に、微分制御部２３３は、選択部２３１によって選択された値６１３、６２３と旧閾値ＴＨ（ｔ−２）との差に所定の加重値を適用した値の分だけを、比例制御部２３２によって低減した閾値６１１からさらに低減し、第２閾値６１２、６２２に更新することで閾値を制御する。
In each of the
グラフ６１、６２の例を比較して説明すれば、心電図信号のＲピークが検出され、選択部２３１によってＲピーク値が新たな閾値６１３、６２３として選択されれば、選択された閾値６１３、６２３は、比例制御部２３２及び微分制御部２３３によって低減する。グラフ６１の場合がグラフ６２の場合よりその選択された閾値が大幅に増加するが、微分制御部２３３は比例制御部２３２によって低減した閾値６１１、６２１から、グラフ６１の場合にはグラフ６２の場合よりさらに大きく低減させる。即ち、微分制御部２３３は、閾値が大幅に上昇することを防止する。
If the examples of the
図６（Ｂ）は、図２に示した微分制御部２３３の制御によって閾値が低減する他の例を示すものである。具体的に図６（Ｂ）は、Ｒピークが検出されていない場合、図２に示した微分制御部２３３の制御によって閾値が低減する例を示すものである。図６（Ｂ）でＴＨ（ｔ−１）は、第１閾値又は生体信号の特徴値のうち何れか一つの選択値、即ち、この場合、第１閾値、ＴＨ（ｔ−２）は、第１閾値に低減する前の旧閾値（第０閾値）、ＴＨ（ｔ）は、比例制御部２３２及び微分制御部２３３の制御によって低減した第２閾値を示す。
FIG. 6B shows another example in which the threshold value is reduced by the control of the
グラフ６３、６４それぞれは、Ｒピークが検出されていない時、図２の選択部２３１によって選択された閾値６３３、６４３が、図２の微分制御部２３３の制御によって低減する例を示すものである。例えば、微分制御部２３３は、Ｒピークが検出されていない時、比例制御部２３２によって低減された閾値６３１、６４１をさらに低減し、第２閾値６３２、６４２に更新することで閾値を制御する。
しかし、Ｒピークが検出された時のグラフ６１、６２に比べてグラフ６３、６４を参照すれば、Ｒピークが検出されていない時に、微分制御部２３３は、比例制御部２３２によって低減した閾値６３１、６４１を再び上昇させるということが分かる。
However, referring to the
具体的に、数式４を参照すれば、微分制御部２３３は、選択部２３１によって選択された選択された選択値（即ち、第１閾値又は生体信号の特徴値のうち何れか一つの選択値）ＴＨ（ｔ−１）から旧閾値ＴＨ（ｔ−２）を引いた値に所定の加重値（ｂ）を適用した値だけを、比例制御部２３２によって低減した閾値６３１、６４１からさらに引いて、第２閾値に更新することで閾値を制御する。
Specifically, referring to Equation 4, the
この場合、Ｒピークが検出されなければ、ＴＨ（ｔ−１）は第１閾値になり、或る時点で旧閾値ＴＨ（ｔ−２）より小さな値を持ち、これにより、ＴＨ（ｔ−１）（第１閾値）から旧閾値ＴＨ（ｔ−２）を引いた値、及びこれに所定の加重値（ｂ）を適用した値は負数になる（所定の加重値（ｂ）は正数であると仮定する）。これによって微分制御部２３３は、比例制御部２３２によって低減した閾値６３１、６４１を再び上昇させて第２閾値に更新する。
In this case, if the R peak is not detected, TH (t−1) becomes the first threshold value and has a value smaller than the old threshold value TH (t−2) at a certain time point, and thus TH (t−1) ) The value obtained by subtracting the old threshold value TH (t−2) from the (first threshold value) and the value obtained by applying the predetermined weight value (b) thereto are negative numbers (the predetermined weight value (b) is a positive number. Assume there is). As a result, the
即ち、図６（Ａ）で、比例制御部２３２によって低減した閾値６１１、６２１が微分制御部２３３によって、より小さい値に低減することに比べて、図６（Ｂ）では、比例制御部２３２によって低減した閾値６３１、６４１が微分制御部２３３によって、より大きい閾値６３２、６４２に上昇する。即ち、微分制御部２３３は、閾値が比例制御部２３２によって大幅に変わることを防止する。
That is, in FIG. 6A, the threshold values 611 and 621 reduced by the
グラフ６３、６４の例を比べて説明すれば、心電図信号のＲピークが検出されていない場合、選択部２３１によって選択された閾値６３３、６４３は比例制御部２３２によって低減し、比例制御部２３２によって低減した閾値６３１、６４１は、微分制御部２３３によって再び増加する。グラフ６３の場合がグラフ６４の場合よりその閾値が大幅に減少するにつれて、グラフ６３の場合に、微分制御部２３３によってグラフ６４の場合よりさらに大幅に増加する。即ち、微分制御部２３３は、比例制御部２３２によって閾値が低減する程度に比例して再び閾値を上昇させることで、閾値が大幅に下落することを防止する。
Explaining by comparing the examples of the
図示していないが、本発明の他の実施形態によって図２の閾値制御装置１３０は、閾値の更新方法を定める更新決定部をさらに備える。
例えば、制御部２３０を動作させるに際して、信号を獲得するサンプリングレートが２５０Ｈｚである場合、更新決定部（図示せず）は、毎サンプル（４ｍｓ間隔）毎に制御部２３０を動作させて閾値を更新させ、数式４の演算によって制御部２３０は１秒当り５００回の乗算を行う。この時、制御部２３０の機械的性能による限界又は電力消耗の問題点などを乗り越えるために、更新決定部（図示せず）は、制御部２３０の閾値更新の頻度を低減すると演算回数を低減できる。
Although not shown, the
For example, when the
例えば、生体信号を獲得するサンプリングレートが２５０Ｈｚである場合、生体信号を例えば５０個獲得する度に制御部２３０を１回ずつのみ動作させれば、制御部２３０が１秒当り１０回の乗算を行えばよくなり電力消耗を低減できる。この時、更新決定部は、信号獲得部２１０が獲得する生体信号のサンプル数をカウントし、所定回数の生体信号を獲得する度に１回ずつ閾値が制御部２３０によって更新されるように定める。
For example, when the sampling rate for acquiring a biological signal is 250 Hz, if the
また、本発明のさらに他の実施形態によれば、図２の閾値制御装置１３０は線形補間部（図示せず）をさらに備える。更新決定部（図示せず）の決定によって、閾値が制御部２３０によって更新されていない場合には、線形補間部（図示せず）は線形補間法を使って閾値を更新する。
In addition, according to still another embodiment of the present invention, the
具体的に、サンプル毎に制御部を動作させるのと類似した閾値更新効果を与えるために、線形補間部は、数式５に示す線形補間法によって閾値を更新する。
［数式５］
ＴＨ（ｔ＋ｋ）＝ ＴＨ（ｔ）
−（ＴＨ（ｔ）−ＴＨｅｓｔ（ｔ＋Ｋ））×（ｋ／（Ｋ＋１））
Specifically, in order to provide a threshold update effect similar to operating the control unit for each sample, the linear interpolation unit updates the threshold by the linear interpolation method shown in Equation 5.
[Formula 5]
TH (t + k) = TH (t)
− (TH (t) −TH est (t + K)) × (k / (K + 1))
数式５で、Ｋは、制御部を動作させるのに待機せねばならない一定のサンプル数を示し、ｔ＋ｋは、閾値と比べようとする生体信号のｉｎｄｅｘである。例えば、更新決定部（図示せず）が５０サンプル毎に制御部を動作させると仮定する時、Ｋは５０になり、ｋは１〜５０の値を持つ。線形補間法は、両点の間で値を線形的に定めるものであり、数式５の場合、両点は、ＴＨ［ｔ］とＴＨｅｓｔ［ｔ＋Ｋ］とである。ｔ＋ｋを基準として、ＴＨ［ｔ］値は過去の閾値であるので、現在分かっている閾値であり、ＴＨｅｓｔ［ｔ＋Ｋ］は、未来の閾値であるので、未だ獲得していない値である。但し、これは次の数式６により求める。
［数式６］
ＴＨｅｓｔ（ｔ＋Ｋ）＝ ＴＨ（ｔ）−ａ×（ＴＨ（ｔ）−ＴＨｍｉｎ）
−ｂ×（ＴＨ（ｔ）−ＴＨ（ｔ−Ｋ））
In Equation 5, K represents a certain number of samples that must be waited to operate the control unit, and t + k is an index of a biological signal to be compared with a threshold value. For example, when it is assumed that an update determination unit (not shown) operates the control unit every 50 samples, K is 50 and k has a value of 1 to 50. The linear interpolation method linearly determines a value between both points, and in the case of Equation 5, both points are TH [t] and TH est [t + K]. With reference to t + k, the TH [t] value is a past threshold value, so it is a currently known threshold value, and TH est [t + K] is a future threshold value, and is not yet acquired. However, this is obtained by the following formula 6.
[Formula 6]
TH est (t + K) = TH (t) −a × (TH (t) −TH min )
−b × (TH (t) −TH (t−K))
数式６は、数式４と類似した形態であり、単純にＫサンプル後の閾値を線形外挿により予想したものである。数式６に関して、当業者ならば、数式４に対応してその意味が分かるであろう。 Equation 6 is similar to Equation 4, and simply predicts the threshold after K samples by linear extrapolation. Regarding Equation 6, those skilled in the art will understand the meaning corresponding to Equation 4.
図７は、本発明の一実施形態による生体信号検出装置１００によって可変閾値を制御することで、ピークの間隔が不規則的な心電図信号においてピークを検出する例を示すものである。図７を参照すれば、グラフ７１０は、処理部１２０によって加工されていない心電図信号を示し、グラフ７２０は、処理部１２０によって加工された心電図信号、及びこのような心電図信号のＲ波形を検出するための可変閾値７３を示す。
FIG. 7 shows an example in which a peak is detected in an electrocardiogram signal having irregular peak intervals by controlling the variable threshold by the biological
具体的に説明すれば、グラフ７２０は処理部１２０によって微分器及び低域通過フィルタ（例えば、絶対値移動平均フィルタ）が適用されて加工された心電図信号、及びこのような心電図信号のＲ波形を検出するために本発明の一実施形態によって提供される図２の閾値制御装置１３０によって制御される可変閾値７３を示す。
More specifically, the
図７を参照すれば、加工されていない心電図信号波形７１０のうちＲ波形に当るピークは、ピーク７１１ないしピーク７１６のような形態で示される。処理部１２０はこのような心電図信号を加工し、このように加工された心電図信号波形７２０のうちＲ波形に当るピークは、ピーク７２１ないしピーク７２６のような形態のピークで示される。
Referring to FIG. 7, the peak corresponding to the R waveform in the unprocessed
図７のグラフ７２０を参照すれば、可変閾値７３は、ピーク７２１ないしピーク７２６が検出される度に値が増加し、ピークが検出された後には徐々に低減する形態を持つ。但し、ピーク７２４が検出されてからピーク７２５が検出されるまでの時間間隔が相対的に長くなることで、可変閾値７３も長時間にかけて低減するにもかかわらず、比例制御部２３２の制御によって可変閾値は０に収束せず、一定の最小閾値に向かって収束する。
Referring to the
これは、本発明の一実施形態によって閾値制御装置１３０が可変閾値を低減させるに際して、一定の最小閾値を考慮し、閾値が常にこの最小閾値より大きい値を持つように制御するからである。検出しようとするピークではない他の値はこのような最小閾値を超過しないため、決定部２２０は、検出しようとするピークではない他の値をピークと認識しない。即ち、検出しようとするピークの間隔が不規則的な場合にも、決定部２２０はピークを正しく認識する。
This is because, when the
図８は、本発明の一実施形態による生体信号検出装置１００によって可変閾値を制御することで、ピーク値の周期とサイズが不規則的な心電図信号のピークを検出する例を示すものである。図８を参照すれば、グラフ８１０は、処理部１２０によって加工されていない心電図信号波形を示し、グラフ８５０は、処理部１２０によって加工された心電図信号波形及びこのような心電図信号のＲ波形を検出するための可変閾値８３を示す。
FIG. 8 shows an example in which a peak of an electrocardiogram signal having an irregular peak value period and size is detected by controlling the variable threshold by the biological
具体的に説明すれば、グラフ８５０は、処理部１２０によって微分器及び低域通過フィルタ（例えば、絶対移動平均フィルタ）が適用されて加工された心電図信号、及びこのような心電図信号のＲ波形を検出するために本発明の一実施形態によって提供される図２の閾値制御装置１３０によって制御される可変閾値８３を示す。
図８を参照すれば、加工されていない心電図信号８１０のうちＲ波形に当るピークは、ピーク８１１ないしピーク８２６のような形態で示され、加工された心電図信号８５０のうちＲ波形に当るピークは、ピーク８５１ないしピーク８６６のような形態で示される。
More specifically, the
Referring to FIG. 8, the peak corresponding to the R waveform in the
図８のグラフ８５０を参照すれば、可変閾値８３は、ピーク８５１ないしピーク８６６のピークが検出される度にその値が増加し、その後には徐々に減少する形態を持つ。但し、ピーク８５１ないしピーク８６６のピークの特徴値が互いに差が大きく、これによって制御される可変閾値８３の変化パターンも、図７の可変閾値７３に比べて相対的に一定していない。
Referring to the
それにもかかわらず、微分制御部２３３は、可変閾値８３の急激な変化を防止して、特徴値が相対的に大きいピークが検出されても可変閾値８３が急激に大きくならないので、決定部２２０は、この可変閾値８３を用いてその次に入力されるサイズの大きくないピークを検出できる。
Nevertheless, the
図９は、本発明の一実施形態による閾値制御過程のフローチャートである。図９を参照すれば、閾値制御方法は、図１及び図２に示した閾値制御装置１３０で時系列的に処理される段階で構成される。よって、以下で省略された内容であっても、図１及び図２に示した閾値制御装置１３０に関して以上で述べた内容は図９の閾値制御方法にも適用される。
FIG. 9 is a flowchart of a threshold control process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the threshold control method includes stages processed in time series by the
９１段階で信号獲得部２１０は、被検者から測定された生体信号を獲得する。
９２段階で決定部２２０は、信号獲得部２１０によって獲得された生体信号と閾値との比較結果によって、生体信号のピークが検出されたかどうかを定める。例を挙げて説明すれば、生体信号のピークは、心電図信号においてＲ波形のピークになる。
In
In
９３段階で制御部２３０は、決定部２２０の決定結果によって、閾値又は検出されたピークの特徴値のうち何れか一つと既定の最小閾値とを考慮して閾値を更新する。例を挙げて説明すれば、制御部２３０は、決定部２２０の決定結果によってピークが検出された場合にはピークの特徴値を選択し、ピークが検出されていない場合に既存の閾値を選択する。また、制御部２３０は、このように選択された選択値と既定の最小閾値との差に一定の加重値を適用した値を選択値から引いて閾値を制御する。
In
前記のように実施形態によれば、心電図などの生体信号でピークを検出するための閾値を可変的に制御するに際して、ピークの間隔が不規則的な場合、及び／又はピーク値のサイズ差が大きい場合にも、さらに正確にピークを検出できる。 As described above, according to the embodiment, when variably controlling the threshold value for detecting a peak in a biological signal such as an electrocardiogram, the peak interval is irregular and / or the size difference between the peak values is Even when it is large, the peak can be detected more accurately.
また、前記実施形態を既存の閾値制御方法と比べれば、従来には、既定の最小閾値などを考慮せずに一定の加重値をおいて可変閾値を低減させる閾値制御方法を使い、多様かつ変動性の多い生体信号の検出に好適な閾値制御方法であるとはいえなかった。
これに対して前記本実施形態では、既定の最小閾値を活用して可変閾値を制御するので、検出しようとする波形の多様性及び変動性を許容できる。また、前記本実施形態では、可変閾値の変化量を活用して可変閾値を制御するので、検出しようとする波形の多様性及び変動性をさらに許容できる。
Compared with the above-described threshold control method, the conventional embodiment uses a threshold control method that reduces a variable threshold by setting a constant weight without considering a predetermined minimum threshold. It cannot be said that this is a threshold control method suitable for detection of biological signals having a high degree of nature.
On the other hand, in the present embodiment, since the variable threshold value is controlled by utilizing the predetermined minimum threshold value, the diversity and variability of the waveform to be detected can be allowed. In the present embodiment, since the variable threshold value is controlled by utilizing the change amount of the variable threshold value, the diversity and variability of the waveform to be detected can be further allowed.
このように、生体信号のピークを検出する可変閾値が制御されると、ピークの間隔が不規則な場合、及び／又は、ピークの特徴値のサイズが大きく異なる場合であっても、これらのピークは正確に検出される。 As described above, when the variable threshold value for detecting the peak of the biological signal is controlled, even if the interval between the peaks is irregular and / or the size of the feature value of the peak is greatly different, these peaks are detected. Is accurately detected.
一方、図９に示した閾値制御方法は、コンピュータで行われるプログラムで作成でき、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を用いて前記プログラムを動作させる汎用デジタルコンピュータで具現される。前記コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、マグネチック記録媒体（例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光学的判読媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）などの記録媒体を含む。 On the other hand, the threshold control method shown in FIG. 9 can be created by a program executed by a computer and embodied by a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes a magnetic recording medium (for example, a ROM (Read Only Memory), a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, etc.), an optical interpretation medium (for example, a CD-ROM, a DVD, etc.), etc. Including recording media.
これまで本発明についてその望ましい実施形態を中心として説明した。当業者ならば、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に具現されるということを理解できるであろう。従って、開示された実施形態は限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差は本発明に含まれていると解釈されねばならない。 So far, the present invention has been described with a focus on preferred embodiments thereof. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in variations that do not depart from the essential characteristics of the invention. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is shown not in the foregoing description but in the claims, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
本発明は、心電図などの生体信号検出装置関連の技術分野に好適に用いられる。 The present invention is suitably used in a technical field related to a biological signal detection device such as an electrocardiogram.
３０ 等電位線
３１ Ｐ波形
３２ Ｑ波形
３３ Ｒ波形
３４ Ｓ波形
３５ Ｔ波形
４１、４２、４３ 制御された可変閾値の波形例
５１、５２、５３ 比例制御部の制御により、閾値が低減する例
６１、６２ 生体信号の特徴値が、比例制御部及び微分制御部の制御によって低減する例
１００ 生体信号検出装置
１１０ 測定部
１２０ 処理部
１２０、１３０ 閾値制御装置
１３３、２１０ 信号獲得部
１３１、２２０ 決定部
１３２、２３０ 制御部
２３１ 選択部
２３２ 比例制御部
２３３ 微分制御部
６１１、６２１ 比例制御部によって低減された閾値
６１２、６２２ 第２閾値
６１３、６２３ 選択部によって選択された値
６３１、６４１ 比例制御部によって低減された閾値
６３２、６４２ 第２閾値
６３３、６４３ 選択部によって選択された閾値
７１０ 加工されていない心電図信号波形
７１１〜７１６ ピーク
７２０ 加工された心電図信号波形
７２１〜７２６ ピーク
７３ 可変閾値
８１０ 加工されていない心電図信号波形
８１１〜８２６ ピーク
８５０ 加工された心電図信号波形
８５１〜８６６ ピーク
８３ 可変閾値
30 Equipotential Line 31 P Waveform 32 Q Waveform 33 R Waveform 34 S Waveform 35
Claims (12)
被検者から測定された生体信号を獲得する段階と、
前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって前記生体信号のピークが検出されたかどうかを決定する段階と、
前記決定結果によって、前記生体信号からピークが検出されていないと決定される場合、前記閾値を選択し、前記生体信号からピークが検出されたと決定される場合、前記検出されたピークの特徴値を選択する段階と、
前記選択された値と前記生体信号のピークを検出する閾値の既定の０より大きい最小値との差に第１の所定の加重値を適用した値を、前記選択された値から差し引いた値を、更新された閾値とするように前記閾値を制御する段階と、を含むことを特徴とする閾値制御方法。 In a threshold control method for detecting a peak of a biological signal,
Obtaining a measured biological signal from the subject;
Determining whether a peak of the biological signal is detected according to a comparison result between the acquired biological signal and a threshold;
When it is determined that the peak is not detected from the biological signal according to the determination result, the threshold value is selected, and when it is determined that the peak is detected from the biological signal , the feature value of the detected peak is A stage to choose,
A value obtained by subtracting, from the selected value, a value obtained by applying a first predetermined weight value to a difference between the selected value and a threshold value for detecting a peak of the biological signal that is greater than a predetermined minimum value greater than zero. And a step of controlling the threshold value so as to obtain an updated threshold value.
被検者から測定された生体信号を獲得する段階と、
前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって前記生体信号のピークが検出されたかどうかを決定する段階と、
前記決定結果によって、前記生体信号からピークが検出されていないと決定される場合、前記閾値を選択し、前記生体信号からピークが検出されたと決定される場合、前記検出されたピークの特徴値を選択する段階と、
前記選択された値と前記生体信号のピークを検出する閾値の既定の０より大きい最小値との差に第１の所定の加重値を適用した値、及び前記選択された値と更新前の閾値との差に第２の所定の加重値を適用した値を、前記選択された値から差し引いた値を、前記更新された閾値とするように前記閾値を制御する段階と、を含むことを特徴とする閾値制御方法。 In a threshold control method for detecting a peak of a biological signal,
Obtaining a measured biological signal from the subject;
Determining whether a peak of the biological signal is detected according to a comparison result between the acquired biological signal and a threshold;
When it is determined that the peak is not detected from the biological signal according to the determination result, the threshold value is selected, and when it is determined that the peak is detected from the biological signal , the feature value of the detected peak is A stage to choose,
A value obtained by applying a first predetermined weight value to a difference between the selected value and a threshold value for detecting a peak of the biological signal that is greater than a predetermined minimum value of 0 , and the selected value and a threshold value before update And a step of controlling the threshold value so that a value obtained by subtracting a value obtained by applying a second predetermined weight value to the difference from the selected value is the updated threshold value. A threshold control method.
被検者から測定された生体信号を獲得する信号獲得部と、
前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって、前記生体信号のピークが検出されたかどうかを決定する決定部と、
前記決定結果によって、前記生体信号からピークが検出されていないと決定される場合、前記閾値を選択し、前記生体信号からピークが検出されたと決定される場合、前記検出されたピークの特徴値を選択する選択部と、
前記選択された値と前記生体信号のピークを検出する閾値の既定の０より大きい最小値との差に第１の所定の加重値を適用した値を、前記選択された値から差し引いた値を、更新された閾値とするように前記閾値を制御する制御部と、を備えることを特徴とする閾値制御装置。 In an apparatus for controlling a threshold for detecting a peak of a biological signal,
A signal acquisition unit for acquiring a biological signal measured from the subject;
A determination unit that determines whether a peak of the biological signal is detected according to a comparison result between the acquired biological signal and a threshold;
When it is determined that the peak is not detected from the biological signal according to the determination result, the threshold value is selected, and when it is determined that the peak is detected from the biological signal , the feature value of the detected peak is A selection section to select;
A value obtained by subtracting, from the selected value, a value obtained by applying a first predetermined weight value to a difference between the selected value and a threshold value for detecting a peak of the biological signal that is greater than a predetermined minimum value greater than zero. And a control unit for controlling the threshold value so as to obtain an updated threshold value.
被検者から測定された生体信号を獲得する信号獲得部と、
前記獲得した生体信号と閾値との比較結果によって、前記生体信号のピークが検出されたかどうかを決定する決定部と、
前記決定結果によって、前記生体信号からピークが検出されていないと決定される場合、前記閾値を選択し、前記生体信号からピークが検出されたと決定される場合、前記検出されたピークの特徴値を選択する選択部と、
前記選択された値と前記生体信号のピークを検出する閾値の既定の０より大きい最小値との差に第１の所定の加重値を適用した値、及び前記選択された値と更新前の閾値との差に第２の所定の加重値を適用した値を、前記選択された値から差し引いた値を、更新された閾値とするように前記閾値を制御する制御部と、を備えることを特徴とする閾値制御装置。 In an apparatus for controlling a threshold for detecting a peak of a biological signal,
A signal acquisition unit for acquiring a biological signal measured from the subject;
A determination unit that determines whether a peak of the biological signal is detected according to a comparison result between the acquired biological signal and a threshold;
When it is determined that the peak is not detected from the biological signal according to the determination result, the threshold value is selected, and when it is determined that the peak is detected from the biological signal , the feature value of the detected peak is A selection section to select;
A value obtained by applying a first predetermined weight value to a difference between the selected value and a threshold value for detecting a peak of the biological signal that is greater than a predetermined minimum value of 0 , and the selected value and a threshold value before update And a control unit that controls the threshold value so that a value obtained by subtracting a value obtained by applying a second predetermined weight value to the difference from the selected value is an updated threshold value. A threshold control device.
前記測定された生体信号を所定の処理方法によって処理する処理部と、
前記処理された生体信号と閾値との比較結果によって、前記生体信号のピークが検出されたかどうかを決定する決定部と、
前記決定結果によって、前記生体信号からピークが検出されていないと決定される場合、前記閾値を選択し、前記生体信号からピークが検出されたと決定される場合、前記検出されたピークの特徴値を選択する選択部と、
前記選択された値と前記生体信号のピークを検出する閾値の既定の０より大きい最小値との差に第１の所定の加重値を適用した値を、前記選択された値から差し引いた値を、更新された閾値とするように前記閾値を制御する閾値制御部と、を備えることを特徴とする生体信号検出装置。
An electrode for measuring a biological signal from a subject;
A processing unit for processing the measured biological signal by a predetermined processing method;
A determination unit that determines whether a peak of the biological signal is detected according to a comparison result between the processed biological signal and a threshold;
When it is determined that the peak is not detected from the biological signal according to the determination result, the threshold value is selected, and when it is determined that the peak is detected from the biological signal , the feature value of the detected peak is A selection section to select;
A value obtained by subtracting, from the selected value, a value obtained by applying a first predetermined weight value to a difference between the selected value and a threshold value for detecting a peak of the biological signal that is greater than a predetermined minimum value greater than zero. And a threshold value control unit that controls the threshold value so as to obtain an updated threshold value.
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